DE10304187A1 - 3D scanner - Google Patents
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Abstract
Ein 3-D-Scanner weist eine Lichtquelle (30) zum Erzeugen eines Sendestrahles (32) auf. Ferner sind Mittel vorgesehen, die um eine erste Achse (12) sowie vorzugsweise auch um eine zur ersten Achse (12) unter einem im wesentlichen rechten Winkel verlaufende zweite Achse (14) drehbar sind. Die Mittel dienen zum Aussenden des Sendestrahles (32) zu einem zu vermessenden Objekt, von dem der Sendestrahl (32) als Empfangsstrahlen (34) reflektiert wird. Ein Spiegel (36) ist synchron zu den Mitteln um die erste Achse (12) sowie gegebenenfalls auch um die zweite Achse (14) drehbar und dient zum Empfangen der Empfangsstrahlen (34). Der Spiegel (36) ist um einen Winkel (alpha) von vorzugsweise 45 DEG zu der ersten Achse (12) geneigt. Die Lichtquelle (30) und der Spiegel sind in einem gemeinsamen Rotor (20) angeordnet, der um die erste Achse (12) sowie gegebenenfalls auch um die zweite Achse (14) drehbar ist (Fig. 1).A 3-D scanner has a light source (30) for generating a transmission beam (32). Means are also provided which can be rotated about a first axis (12) and preferably also about a second axis (14) running at a substantially right angle to the first axis (12). The means serve to emit the transmission beam (32) to an object to be measured, from which the transmission beam (32) is reflected as reception beams (34). A mirror (36) can be rotated in synchronism with the means about the first axis (12) and possibly also about the second axis (14) and serves to receive the received beams (34). The mirror (36) is inclined at an angle (alpha) of preferably 45 ° to the first axis (12). The light source (30) and the mirror are arranged in a common rotor (20) which can be rotated about the first axis (12) and optionally also about the second axis (14) (FIG. 1).
Description
Die Erfindung betrifft einen 3D-Scanner mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Sendestrahles, mit Mitteln, die um mindestens eine erste Achse drehbar sind, zum Aussenden des Sendestrahles zu einem zu vermessenden Objekt, von dem der Sendestrahl als Empfangsstrahlen reflektiert wird, und mit einem synchron zu den Mitteln um die erste Achse drehbaren Spiegel zum Empfangen der Empfangsstrahlen, wobei der Spiegel um einen Winkel von vorzugsweise 45° zu der ersten Achse geneigt ist.The invention relates to a 3D scanner with a light source for generating a transmission beam, with means, which are rotatable about at least a first axis, for transmitting the Transmitting beam to an object to be measured, from which the transmitting beam is reflected as receiving beams, and synchronized with one the means rotatable about the first axis for receiving the Receive beams, with the mirror at an angle of preferably 45 ° to the first axis is inclined.
Ein 3D-Scanner der vorstehend genannten Art ist bekannt, beispielsweise als Erzeugnis "iQsun Laserscanner" der Anmelderin (www.iQsun.com).A 3D scanner of the type mentioned above is known, for example as the product "iQsun laser scanner" from the applicant (www.iQsun.com).
Scanner der vorstehend genannten Art werden eingesetzt, um Räume um den Scanner herum über einen Umfangswinkel von 360° aufzunehmen, wobei meistens um ein Stativ des Scanners herum ein Abschattungskegel mit einem Öffnungswinkel von beispielsweise 30° oder weniger ausgespart bleibt. Derartige Scanner werden typischerweise zum Vermessen von Innenräumen in Fabrikanlagen im Zusammenhang mit digitalen Fabrikplanungen eingesetzt. weitere Anwendungsgebiete sind das Ausmessen von Räumlichkeiten aller Art im Hoch- und im Tiefbau, wie z.B. von Tunneln, ferner das Ausmessen von Höhlen, von historischen Bauwerken und dergleichen mehr. Außerdem können auf diese Weise auch große Gegenstände gescannt werden, z.B. Kraftfahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe.Scanner of the above Kind are used to create spaces around the scanner record a circumferential angle of 360 °, wherein usually a shading cone around a tripod of the scanner with an opening angle of for example 30 ° or remains less spared. Such scanners are typically used Measuring interiors used in factories in connection with digital factory planning. other areas of application are measuring rooms of all kinds in civil engineering, such as of tunnels, further measuring caves, of historical buildings and the like. You can also click on this way also great objects be scanned, e.g. Motor vehicles, airplanes and ships.
Bei Scannern der eingangs genannten Art wird ein üblicherweise horizontal gerichteter Laserstrahl erzeugt, der auf einen um 45° zur Horizontalen geneigten Spiegel gelenkt wird. Der Spiegel rotiert seinerseits mit hoher Drehzahl von beispielsweise 2.000 Umdrehungen pro Minute um eine zur Richtung des Laserstrahls koaxiale erste Achse. Damit wird ein z.B. in einer Vertikalebene liegender Fächer erzeugt, der lediglich im Bereich des Scannerstativs den bereits erwähnten Abschattungskegel aufweist. Der gesamte Scanner wird in den meisten Fällen zusätzlich um eine zweite, üblicherweise vertikale Achse gedreht, so dass der Fächer die gesamte Umgebung des Scanners über 360° hinweg abtastet. Die Drehung um die Vertikalachse erfolgt dabei in der Praxis deutlich langsamer, beispielsweise mit 0,4 Umdrehungen pro Minute. Bei anderen Fällen wird hingegen der Scanner mit dem rotierenden Spiegel nicht um eine zweite Achse gedreht, sondern entlang einer vorgegebenen Bahn verfahren, beispielsweise entlang eines Tunnels.For scanners of the aforementioned Kind becomes a common horizontally directed laser beam generated on a 45 ° inclined to the horizontal Mirror is steered. The mirror in turn rotates at a high rate Speed of, for example, 2,000 revolutions per minute by one first axis coaxial to the direction of the laser beam. So that becomes a e.g. subjects lying in a vertical plane, the only has the shading cone already mentioned in the area of the scanner stand. The entire scanner is in most cases additionally a second, usually vertical axis rotated so that the fan surrounds the entire environment Scanners about 360 ° away scans. The rotation around the vertical axis is done in practice significantly slower, for example at 0.4 revolutions per minute. In other cases however, the scanner with the rotating mirror is not one second axis rotated, but move along a predetermined path, for example along a tunnel.
Bei einem kommerziell erhältlichen Scanner mit zwei Achsen werden auf diese Weise während eines vollständigen Scans beispielsweise 29.000.000 Punkte abgetastet, was einer Auflösung von 0,045° entspricht.At a commercially available Two-axis scanners are used this way during a full scan for example, sampled 29,000,000 points, which is a resolution of Corresponds to 0.045 °.
In jedem der genannten Punkte wird dabei nicht nur die Entfernung zu dem genannten Punkt gemessen, sondern darüber hinaus auch der Reflektionsgrad, so dass schlussendlich ein 3D-Gesamtbild der gesamten Umgebung mit hoher Auflösung der Entfernung und hoher Auflösung der Intensität entsteht.In each of the points mentioned not only measured the distance to the point mentioned, but about it also the degree of reflection, so that ultimately a 3D overall picture of the entire environment with high resolution the distance and high resolution the intensity arises.
Ein Scanner der eingangs genannten
Art ist auch in der
Bei Scannern der vorstehend geschilderten Art besteht ein generelles Problem darin, dass eine Verschlechterung des Messergebnisses des Scanners eintritt, wenn der Sendestrahl auf seinem Weg von der Lichtquelle zu dem zu vermessenden Objekt gestreut wird. Eine derartige Streuung tritt bei jedem Dichtesprung ein, d.h. jedes Mal dann, wenn der Sendestrahl von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium übertritt oder umgekehrt. Dann kann der Sendestrahl am Ort des Dichtesprunges teilweise reflektiert werden, was zu unkontrollierten Streuungen führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn an der erwähnten Stelle Ablagerungen von Staub oder sonstigen Partikeln vorhan den sind, die ebenfalls zu einer Streuung des Sendestrahls führen.For scanners of the type described above A general problem is that deterioration of the measurement result of the scanner occurs when the transmission beam scattered on its way from the light source to the object to be measured becomes. Such scattering occurs with every density jump, i.e. every time the broadcast beam from an optically thinner in an optically denser medium passes or the other way around. Then the transmission beam can be at the location of the density jump partially reflected, resulting in uncontrolled scatter leads. This is especially true if there is dust deposits at the location mentioned or other particles are present, which also lead to a Scatter the transmission beam.
Bei Scannern herkömmlicher Bauart befindet sich der rotierende Spiegel in einem Gehäuse, das nach außen verschlossen ist, um den Spiegel vor Verschmutzung zu schützen. Der Eintritt und der Austritt von Sende- und Empfangsstrahlen erfolgt in diesem Falle über Fenster, die jeweils einen Dichtesprung darstellen und auch im Hinblick auf eine Verschmutzung dieser Fenster eine Ursache für eine Streuung des Sendestrahles sein können.There is a conventional type of scanner the rotating mirror in a housing that is closed to the outside is to protect the mirror from dirt. Entry and exit In this case, the transmission and reception beams take place via windows, which each represent a leap in density and also with regard to contamination of these windows is a cause of scattering of the transmission beam could be.
Bei herkömmlichen Scannern wird der Sendestrahl von einer gehäusefesten Lichtquelle, üblicherweise einer Laserdiode, erzeugt. Der Sendestrahl wird dann über eine Kollimationsoptik in den Innenraum des Gehäuses eingestrahlt, fällt dort auf den rotierenden Spiegel und tritt aus dem Gehäuse durch ein Fenster wieder aus . All dies kann in der Praxis auf Grund der vorstehend beschriebenen Ursachen zu einer Streuung des Sendestrahles und damit zu einer Verschlechterung des Messergebnisses führen.With conventional scanners, the Transmitting beam from a housing-fixed Light source, usually a laser diode. The broadcast beam is then over a Collimation optics radiated into the interior of the housing fall there on the rotating mirror and emerges from the housing a window out again. All of this can be done in practice due to the causes described above to scatter the transmission beam and thus lead to a deterioration in the measurement result.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Scanner der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Probleme vermieden werden. Insbesondere soll erreicht werden, dass die Streuung des Sendestrahles so weit wie möglich reduziert wird.The invention is therefore the object basically, a scanner of the type mentioned above to further train that the above problems are avoided become. In particular, it should be achieved that the scattering of the transmission beam as far as possible is reduced.
Bei einem Scanner der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichtquelle und der Spiegel in einem gemeinsamen Rotor angeordnet sind, der um die erste Achse drehbar ist.With a scanner of the type mentioned at the beginning This object is achieved according to the invention in that the light source and the mirror are arranged in a common rotor are rotatable about the first axis.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The problem underlying the invention be completely solved in this way.
Da nämlich die Lichtquelle zusammen mit dem Spiegel umläuft, wird der Sendestrahl in weit höherem Maße als bei bekannten Scannern vom Empfangsstrahl entkoppelt, d.h. ein Übersprechen zwischen Sendekanal und Empfangskanal erheblich reduziert. Hierzu wird die Zahl der optischen Sprünge auf dem Wege des Sendestrahles deutlich vermindert und die Gefahr einer Streuung an der Austrittsfläche des Rotors auf ein Mindestmaß reduziert, die zu einem Übersprechen führen würde. Dies erhöht die Qualität der Messung, weil die Genauigkeit in entsprechendem Maße steigt, wie die Streuung des Sendestrahles und damit das Übersprechen abnimmt.Because the light source together running around with the mirror the broadcast beam will be in much higher Dimensions as in known scanners decoupled from the receiving beam, i.e. a crosstalk between transmit channel and receive channel significantly reduced. For this will the number of optical jumps on the path of the transmission beam significantly reduced and the risk of Scattering on the exit surface the rotor is reduced to a minimum, leading to crosstalk to lead would. This increases the quality the measurement, because the accuracy increases accordingly, like the spread of the transmission beam and thus the crosstalk decreases.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor ferner um eine zur ersten Achse unter einem im Wesentlichen rechten Winkel verlaufende zweite Achse drehbar.In a preferred embodiment According to the invention, the rotor is also below about the first axis rotatable a substantially right angle second axis.
Diese an sich bekannte Maßnahme hat den Vorteil, dass von einem festen Messstandort aus Rundummessungen mit nahezu 360° Raumwinkel durchgeführt werden können.This known measure has the advantage that all-round measurements from a fixed measuring location with almost 360 ° solid angle can.
In diesem Falle ist ferner bevorzugt, wenn der Sendestrahl entlang der zweiten Achse verläuft.In this case it is further preferred if the transmission beam runs along the second axis.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Sendestrahl von einer nicht um die zweite Achse rotierenden Position des Rotors ausgestrahlt wird. Es entsteht daher ein Fächer in der Vertikalebene, der um eine in der Vertikalebene liegende Achse rotiert, so dass an dem zu messenden Objekt jeder Punkt nur ein Mal abgetastet wird. Auch dies trägt zur Eindeutigkeit der Messung und damit zu einer Erhöhung der Genauigkeit bei.This measure has the advantage that the transmission beam from a one not rotating around the second axis Position of the rotor is broadcast. There is therefore a fan in the vertical plane, about an axis lying in the vertical plane rotates so that each point on the object to be measured is only one Times is scanned. This also contributes to the uniqueness of the measurement and thus to an increase in Accuracy at.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scanners weist der Rotor eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf, und die erste Achse ist die Längsachse des Rotors.In a preferred embodiment of the scanner according to the invention the rotor has a substantially cylindrical shape, and the first axis is the longitudinal axis of the rotor.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine besonders einfache Bauform für den Rotor zur Verfügung steht, die mit technisch überschaubaren Mitteln realisiert werden kann.This measure has the advantage that a particularly simple design for the rotor is available, the with technically manageable Funds can be realized.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels ist der Rotor an seinem Umfang mit einem ersten, ein ebenes Fenster bildenden Zylindermantelabschnitt versehen, und die Lichtquelle mündet in dem Zylindermantelabschnitt aus.In a preferred further training of this embodiment the rotor is at its periphery with a first, a flat window forming cylinder jacket section, and the light source ends in the cylinder jacket section.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für den Austritt des Sendestrahles ein ebenes Fenster zur Verfügung steht, das zugleich als Empfangsfenster für die Empfangsstrahlen dient.This measure has the advantage that for the A flat window is available for the exit of the transmission beam, which also serves as a reception window for the reception beams.
In diesem Fall ist weiter bevorzugt, wenn der Rotor mit einer Unwuchtkompensation versehen ist.In this case, it is further preferred if the rotor is equipped with an unbalance compensation.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Rotor auch bei hohen Drehzahlen von 3.000 oder 4.000 Umdrehungen pro Minute ruhig läuft.This measure has the advantage that the rotor even at high speeds of 3,000 or 4,000 revolutions runs quietly per minute.
Die Unwuchtkompensation wird in erster Linie durch entsprechende räumliche Anordnung der im Rotor vorhandenen Massen erreicht, einschließlich der elektronischen Komponenten.The unbalance compensation is in the first Line through appropriate spatial Arrangement of the masses present in the rotor, including the electronic components.
Wenn der Rotor in der beschriebenen Weise auf einer Seite mit einem ein Fenster bildenden Zylindermantelabschnitt versehen ist, kann in bevorzugter Weiterbildung eine gegebenenfalls zusätzliche Unwuchtkompensation dadurch erreicht werden, dass diese als zweiter, eine ebene Fläche bildender Zylindermantelabschnitt ausgebildet ist.If the rotor is described in the Way on one side with a cylinder jacket section forming a window is provided, in a preferred further development one can optionally additional Imbalance compensation can be achieved by being the second a flat surface forming cylinder jacket section is formed.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die erforderliche Unwucht auf konstruktiv einfache Weise erreicht werden kann.This measure has the advantage that achieves the required unbalance in a structurally simple manner can be.
Bei bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung weist die Lichtquelle einen Lichtleiter auf, der bündig in dem Fenster ausmündet.In preferred developments of Invention, the light source has a light guide that is flush with opens out the window.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Lichtquelle selbst an nahezu beliebiger Stelle im Rotor angeordnet werden kann und die Verbindung zur Austrittsfläche in dem Fenster über einen Lichtleiter hergestellt wird, der gerade oder gebogen ausgebildet sein kann. Die Maßnahme, dass der Lichtleiter bündig in dem Fenster ausmündet, hat den Vorteil, dass eine ebene Gesamtfläche entsteht, die in einfacher Weise von außen gereinigt werden kann. Wenn der Lichtleiter gerade ist, kann er auch als Rohr ausgebildet sein, das nach Art einer Blende arbeitet und dazu beiträgt, das Übersprechen in dem Empfangskanal zu vermindern.This measure has the advantage that the light source itself arranged at almost any point in the rotor can and the connection to the exit surface in the window via a Optical fiber is manufactured that is straight or curved can be. The measure, that the light guide is flush opens out in the window, has the advantage that a flat overall surface is created, which is easier Wise from the outside can be cleaned. If the light guide is straight, it can also be designed as a tube that works in the manner of an aperture and helps the crosstalk decrease in the receive channel.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann jedoch die Lichtquelle auch einen Lichtleiter aufweisen, der über das Fenster vorsteht oder alternativ zurückgesetzt ist.In an alternative embodiment However, the light source can also have a light guide that over the Window protrudes or is alternatively reset.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die optischen Eigenschaften des Sendepfades noch individueller eingestellt werden können.This measure has the advantage that the optical properties of the transmission path are set even more individually can be.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist weiterhin bevorzugt, wenn der Rotor eine elektronische Steuereinheit für die Lichtquelle aufweist.Within the scope of the present invention is further preferred if the rotor is an electronic control unit for the Has light source.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass bereits im Rotor selbst alle erforderlichen Steuersignale für die Lichtquelle erzeugt werden, so dass auch von daher Störquellen so weit wie möglich minimiert werden, die durch eine Übertragung von Signalen vom Gehäuse auf den Rotor entstehen könnten.This measure has the advantage that Already in the rotor itself all the necessary control signals for the light source are generated so that interference sources are therefore minimized as much as possible be through a transfer of signals from the housing could arise on the rotor.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Steuereinheit ein Phasensignal für die Lichtquelle verarbeitet, das z.B. ein Amplitudenmodulations-Signal oder ein Tastsignal sein kann.It is particularly preferred if the control unit processes a phase signal for the light source, that e.g. be an amplitude modulation signal or a key signal can.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die für die Entfernungsmessung notwendige Beeinflussung des Sendestrahls im Rotor selbst eingestellt wird, so dass auch in dieser Hinsicht die Störquellen minimiert werden. Wird der Sendestrahl amplitudenmoduliert, z.B. mit einem Sinussignal, kann die Entfernung aus der Phasendifferenz des Modulationssignales beim Sendestrahl relativ zum Empfangsstrahl bestimmt werden. Bei Verwendung eines Tastsignales wird der Zeitunterschied des Auftretens einer Impulsflanke gemessen.This measure has the advantage that the for the distance measurement is necessary to influence the transmission beam is set in the rotor itself, so in this regard too the sources of interference are minimized become. If the transmission beam is amplitude modulated, e.g. with a Sinusoidal signal, can be the distance from the phase difference of the modulation signal can be determined in the transmission beam relative to the reception beam. at Using a tactile signal will change the time of occurrence measured on a pulse edge.
Weiterhin wird eine gute Wirkung dann erzielt, wenn der Rotor eine elektronische Versorgungseinheit zum Versorgen der Lichtquelle mit elektrischer Energie aufweist.Furthermore, a good effect is achieved if the rotor has an electronic supply unit for supplying the light source with elec tric energy.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Betrieb der Lichtquelle selbst ebenfalls an Bord des Rotors dargestellt und geregelt wird, so dass auch hier eine Minimierung möglicher Störeffekte erreicht wird.This measure has the advantage that the operation of the light source itself also on board the rotor is represented and regulated, so that here too a minimization potential parasitics is achieved.
Besonders bevorzugt ist in diesem Fall, wenn die Versorgungseinheit einen Energiespeicher enthält.This is particularly preferred Case when the supply unit contains an energy store.
Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, dass der Scanner während eines Scanvorganges vollkommen autark arbeiten kann, weil er während dieser, in der Praxis relativ kurzen Intervalle nicht auf eine externe Energiezufuhr angewiesen ist sondern seine Energie aus dem Energiespeicher beziehen kann. Der Energiespeicher kann dann nach Abschluss eines Scanvorganges während der sich anschließenden Pause, die in der Praxis wesentlich länger als der Scanvorgang ist, wieder aufgeladen werden, während der Rotor steht.This measure has the essential Advantage that the scanner during of a scanning process can work completely independently, because during this, in practice, relatively short intervals do not depend on an external energy supply is dependent but get its energy from the energy storage can. The energy store can then after completion of a scanning process while the subsequent Pause, which in practice is much longer than the scanning process, be recharged while the rotor is stationary.
In den vorgenannten Fällen sind Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt, bei denen der Rotor zum Anschluss der Steuereinheit und/oder der Versorgungseinheit an gerätefeste Einheiten einen Übertragungsabschnitt aufweist.In the aforementioned cases embodiments preferred of the invention, in which the rotor for connecting the control unit and / or the supply unit to unit-fixed units a transmission section having.
Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass die erforderliche Energiezufuhr, sei es kontinuierlich oder intervallweise, in geregelter Weise erfolgt.This measure ensures that the required energy supply, be it continuous or at intervals, done in a regulated manner.
Bei einer ersten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels weist der Übertragungsabschnitt Kontaktbahnen auf, die mit gerätefesten Schleifkontakten zusammenwirken.With a first training this embodiment the transmission section has contact tracks on that with device-fixed Interact sliding contacts.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mit einfachen mechanischen Mitteln die erforderliche Übertragung von Energie und/oder von Signalen möglich ist. Der Begriff "gerätefest" ist in diesem Falle selbstverständlich so zu verstehen, dass die entsprechenden Einheiten an der Stelle angeordnet sind, die den Rotor lagern. Dies schließt nicht aus, dass diese Einheiten ihrerseits relativ zu ihrer Umgebung bewegbar sind, beispielsweise um die erwähnte vertikale Achse drehbar.This measure has the advantage that the necessary transmission with simple mechanical means of energy and / or signals is possible. The term "device-proof" is of course the case in this case understand that the appropriate units are arranged in place are that support the rotor. This does not preclude these units in turn are movable relative to their surroundings, for example to the mentioned vertical axis rotatable.
Eine besonders gute Wirkung wird bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel dann erzielt, wenn die Schleifkontakte bei Rotation des Rotors von den Kontaktbahnen abhebbar und die Steuereinheit bei abgehobenen Schleifkontakten mit dem Energiespeicher verbindbar sind.A particularly good effect will in the aforementioned embodiment then achieved when the sliding contacts rotate when the rotor rotates Contact tracks can be lifted off and the control unit when the sliding contacts are lifted off can be connected to the energy store.
Hierdurch wird der bereits erwähnte Vorteil erreicht, dass der Rotor während seiner Rotation, also während eines Scanvorganges, autark aus dem im Rotor vorhandenen Energiespeicher versorgt wird, während nach Abschluss des Scanvorganges und Abbremsung des Rotors zum Stillstand eine Nachladung stattfindet, indem die Schleifkontakte wieder an die Kontaktbahnen angelegt werden.This achieves the advantage already mentioned, that the rotor during its rotation, so during a scanning process, self-sufficient from the energy storage in the rotor is supplied while after the scanning process and braking of the rotor to a standstill recharging takes place by the sliding contacts on again the contact tracks are created.
Bei einer alternativen Lösung weist der Übertragungsabschnitt hingegen eine erste Induktionsspule auf, die mit einer stationären, zweiten Induktionsspule zusammenwirkt.In an alternative solution points the transmission section however, a first induction coil with a stationary, second Inductor interacts.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Übertragung von Energie und Signalen völlig berührungsfrei erfolgen kann.This measure has the advantage that the transfer of energy and signals completely contactless can be done.
Bei Ausführungsformen der Erfindung weist der Rotor eine Linse zum Bündeln der Empfangsstrahlen auf einen Brennpunkt auf.In embodiments of the invention the rotor has a lens for focusing of the receiving beams to a focal point.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Anzahl der Dichtesprünge auf dem Empfangswege reduziert wird. Bei herkömmlichen Scannern werden nämlich die aus dem Rotor austretenden Empfangsstrahlen in einer gerätefesten Linse bzw. einem Hohlspiegel gesammelt und auf einen entsprechenden Detektor fokussiert. Dies bedeutet, dass die Empfangsstrahlen zunächst das Austrittsfenster des Rotors und dann die Linse durchlaufen müssen. Gemäß dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden demgegenüber die optischen Funktionen des Fensters und der Linse zusammengefasst, so dass die Zahl der Dichtesprünge halbiert wird.This measure has the advantage that the number of density jumps is reduced on the reception path. With conventional scanners, namely Receiving beams emerging from the rotor in a device-fixed Lens or a concave mirror collected and on a corresponding detector focused. This means that the receiving beams first of all Exit window of the rotor and then pass through the lens. According to the above mentioned embodiment the invention are in contrast summarized the optical functions of the window and the lens, so the number of density jumps is halved.
Dies geschieht in weiterer bevorzugter Ausführungsweise dadurch, dass die Linse in Ausbreitungsrichtung der Empfangsstrahlen hinter dem Spiegel angeordnet ist.This is more preferred FOR CARRYING OUT in that the lens in the direction of propagation of the received beams is arranged behind the mirror.
Eine weiter bevorzugte Variante der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor mindestens teilweise aus einem optisch transparenten Werkstoff besteht, und dass die Linse einstückig mit einem Teil des Rotors ausgebildet ist.Another preferred variant of the above-mentioned embodiments is characterized in that the rotor is at least partially distinguished an optically transparent material, and that the lens one piece is formed with part of the rotor.
Eine ähnlich gute Wirkung wird bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung dadurch erzielt, dass der Rotor mindestens teilweise aus einem optisch transparenten Werkstoff besteht und mehrteilig ist, und dass der Spiegel als Verspiegelung auf einer Oberfläche eines der Teile des Rotors ausgebildet ist.A similarly good effect is seen in further embodiments of the invention achieved in that the rotor at least partially consists of an optically transparent material and consists of several parts, and that the mirror as a mirror on a surface of a the parts of the rotor is formed.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Zahl der Dichtesprünge auf dem Wege der Empfangsstrahlen so weit wie möglich reduziert wird.This measure has the advantage that the number of density jumps is reduced as much as possible by means of the reception beams.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Sendestrahl im Rotor entlang eines optischen Pfades geführt, wobei der Pfad von einer Auskleidung aus optisch absorbierendem Werkstoff umgeben ist.In further preferred embodiments the invention, the transmission beam in the rotor along an optical Path, taking the path from a liner of optically absorbent material is surrounded.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Ausbreitung von Streulicht im Sendepfad so weit wie möglich unterdrückt wird. Dies führt zu einer höchstmöglichen Entkopplung zwischen Sende- und Empfangspfad und damit zu einer weiteren Verbesserung der Auflösung und damit des Messergebnisses.This measure has the advantage that the spread of stray light in the transmission path is suppressed as much as possible. this leads to to the highest possible Decoupling between send and receive path and thus to one further improve the resolution and thus the measurement result.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor mit einer um die erste und/oder die zweite Achse verlaufenden Markierung versehen ist, die mit einem gerätefesten Sensor zusammenwirkt.In further preferred embodiments the invention provides that the rotor with one around the first and / or the second axis is marked, the one with a device-fixed Sensor interacts.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die jeweilige Drehstellung des Rotors mit hoher Auflösung erkannt und verarbeitet werden kann.This measure has the advantage that the respective rotational position of the rotor is recognized with high resolution and can be processed.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages of the invention result from the description and the attached drawing voltage.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above not only mentioned and the features to be explained below in the specified combination, but also in others Combinations or alone can be used without the frame to leave the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are shown in the following Description closer explained. Show it
In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer 3D-Scanner erläutert. Dabei wird jeweils auf die Besonderheiten des jeweiligen Ausführungsbeispiels hingewiesen, und es versteht sich, dass im Übrigen die gemeinsamen Merkmale der Ausführungsbeispiele nicht jeweils wiederholt werden, die Ausführungsbeispiele also insoweit übereinstimmen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind für die vorliegend beanspruchte Erfindung nur bestimmte Details maßgeblich, wie sich aus dem Zusammenhang ergibt.In the description below will be different embodiments 3D scanner according to the invention explained. In each case, the special features of the respective exemplary embodiment are discussed pointed out, and it goes without saying that the common features of the embodiments are not repeated in each case, that is to say the exemplary embodiments correspond to the extent that unless expressly something else is specified. In some embodiments, the present claimed invention relevant only certain details, as can be seen from the Connection results.
In
Im Scanner
Kernstück des Scanners
Der Rotor
Der Sendestrahl
Der Sendestrahl
Durch die Rotation des Rotors 20
um die erste Achse
Der Sendestrahl
Aus der detaillierteren Darstellung
in
Wenn der Lichtleiter
Die Laserdiode
Das Phasensignal kann z.B. aus einem Amplitudenmodulations-Signal in Form mindestens eines Sinus bestehen. Wenn nun der amplitudenmodulierte Sendestrahl mit dem Empfangsstrahl verglichen wird, ergibt sich eine von der zu messenden Entfernung zum Messpunkt abhängige Phasendifferenz im Modulationssignal, die z.B. in einem Quadraturdetektor ermittelt werden kann.The phase signal can e.g. from a Amplitude modulation signal exist in the form of at least one sine. If now the amplitude modulated The transmitted beam is compared with the received beam a phase difference dependent on the distance to be measured from the measuring point in the modulation signal, e.g. determined in a quadrature detector can be.
Das Phasensignal kann auch aus einem Tastsignal bestehen, mit dem der Sendestrahl gepulst wird. Dann lässt sich die Entfernung zum Messpunkt aus der Phasendifferenz bzw. Laufzeit, d.h. aus dem zeitlichen Abstand des Auftretens der Vorder- oder der Rückflanke der Pulse beim Sende- und beim Empfangsstrahl ermitteln.The phase signal can also consist of a key signal exist with which the transmission beam is pulsed. Then you can the distance to the measuring point from the phase difference or transit time, i.e. from the time interval of the occurrence of the front or the trailing edge the pulses for the transmit and receive beam.
Dies ist in
Der Rotor
Die elektronische Versorgungseinheit
Man erkennt aus
Es versteht sich dabei jedoch, dass
dies in der Praxis meist ein Effekt zweiter Ordnung sein dürfte, weil
die Unwucht des Rotors
Man erkennt aus den
Die Anordnung der Lichtquelle
Bei dem Scanner
Eine in der Trennebene
Der zweite Teil
Im Übrigen entspricht der Scanner
Der Scanner
Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Der 3D-Scanner
Der zweite Teil
Eine Lichtquelle
Austrittsseitig weist der Rotor
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hat
der Sendestrahl
Bei der Variante gemäß
Die Bohrungen
Um den Sendestrahl
Der Scanner
An dem in
Der Rotor
Der Rotor
Die maßgeblichen Achsen des Scanners
In den
Der Übertragungsabschnitt
An die Kontaktbahnen
Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel
eines Übertragungsabschnittes
Der Rotor
Der gesamte Scanner
Eine Lichtquelle
Das Besondere an diesem Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass die Lichtquelle
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Legal Events
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Owner name: FARO TECHNOLOGIES INC., LAKE MARY, FLA., US |
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Representative=s name: WITTE, WELLER & PARTNER, 70178 STUTTGART |
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